1、并聯(lián)電容器組操作過電壓分析 在電力系統(tǒng)中在電力系統(tǒng)中, ,電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)最基本、最重要的指標(biāo)。確電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)最基本、最重要的指標(biāo)。確保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行保電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行, ,供電電壓和頻率必須穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。供電電壓和頻率必須穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。 電壓控制的重要方法之一是對電力系統(tǒng)的無功功率進(jìn)行控制電壓控制的重要方法之一是對電力系統(tǒng)的無功功率進(jìn)行控制, ,即對系統(tǒng)進(jìn)行無即對系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)姆椒ê芏喙ρa(bǔ)償。進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)姆椒ê芏? ,主要有主要有: :同步發(fā)電機(jī)補(bǔ)償、同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)同步發(fā)電機(jī)補(bǔ)償、同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償、同步調(diào)相機(jī)補(bǔ)償、并聯(lián)電容器組

2、補(bǔ)償及用靜止無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無功補(bǔ)償、同步調(diào)相機(jī)補(bǔ)償、并聯(lián)電容器組補(bǔ)償及用靜止無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)?。償?shù)取?目前國內(nèi)用得較普遍的是并聯(lián)補(bǔ)償電容器目前國內(nèi)用得較普遍的是并聯(lián)補(bǔ)償電容器, ,它可根據(jù)需要由若干電容器串、并它可根據(jù)需要由若干電容器串、并聯(lián)組成聯(lián)組成, ,容量可大可小容量可大可小, ,即可以集中使用、又可以分散使用即可以集中使用、又可以分散使用, ,且可分相補(bǔ)償且可分相補(bǔ)償, ,可可隨時(shí)分組投切隨時(shí)分組投切, ,具有運(yùn)行靈活具有運(yùn)行靈活, ,有功損耗小有功損耗小, ,維護(hù)方便維護(hù)方便, ,投資少等優(yōu)點(diǎn)投資少等優(yōu)點(diǎn), ,因此因此, ,并并聯(lián)補(bǔ)償電容器組作為一種無功電源被廣泛應(yīng)用于電

3、網(wǎng)的無功補(bǔ)償聯(lián)補(bǔ)償電容器組作為一種無功電源被廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)的無功補(bǔ)償, ,以提高電壓以提高電壓質(zhì)量和功率因數(shù)質(zhì)量和功率因數(shù), ,減小電能損耗。減小電能損耗。 近年來近年來, ,隨著電網(wǎng)容量的迅速增大和對電能質(zhì)量要求的不斷提高隨著電網(wǎng)容量的迅速增大和對電能質(zhì)量要求的不斷提高, ,電容器電容器的投切的投切操作越來越頻繁。低壓無功補(bǔ)償裝置的投切采用晶閘管投切技術(shù)操作越來越頻繁。低壓無功補(bǔ)償裝置的投切采用晶閘管投切技術(shù), ,能精確能精確地控制地控制電容器的投切時(shí)刻電容器的投切時(shí)刻, ,從而最大限度地減少投切時(shí)的沖擊電從而最大限度地減少投切時(shí)的沖擊電流和過流和過電壓。而高壓電壓。而高壓電容器的投切電容器

4、的投切, ,由于受到可控硅器件耐壓的限制不由于受到可控硅器件耐壓的限制不能做到無觸點(diǎn)精確控制能做到無觸點(diǎn)精確控制, ,都都是利用斷路器來投切是利用斷路器來投切, ,不可避免地帶來操作過不可避免地帶來操作過電壓。另外電壓。另外, ,真空斷路器被真空斷路器被大面積大面積應(yīng)用應(yīng)用, ,由于其開斷特性和電弧特性與以由于其開斷特性和電弧特性與以往使用的油斷路器不盡相同往使用的油斷路器不盡相同, ,使得使得操作過操作過電壓引起的故障現(xiàn)象有了一些電壓引起的故障現(xiàn)象有了一些新的特性新的特性, ,不少性能比較差的國產(chǎn)真空斷路器不少性能比較差的國產(chǎn)真空斷路器分閘分閘時(shí)重燃現(xiàn)象嚴(yán)重。時(shí)重燃現(xiàn)象嚴(yán)重。 并聯(lián)電容器組操

5、作過電壓的危害總的來說主要是損壞并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器組操作過電壓的危害總的來說主要是損壞并聯(lián)電容器組的設(shè)備組的設(shè)備, ,持續(xù)持續(xù)的過電壓會(huì)大大降低電容器裝置的壽命的過電壓會(huì)大大降低電容器裝置的壽命, ,嚴(yán)重的操嚴(yán)重的操作過電壓會(huì)破壞電容器作過電壓會(huì)破壞電容器的對的對地絕緣或發(fā)生極間擊穿地絕緣或發(fā)生極間擊穿, ,使電容器裝置使電容器裝置不能正常運(yùn)作不能正常運(yùn)作, ,進(jìn)而牽連和破壞系統(tǒng)進(jìn)而牽連和破壞系統(tǒng)中其他中其他設(shè)備設(shè)備, ,影響電網(wǎng)的正常影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行。運(yùn)行。 并聯(lián)電容器過電壓操作過電壓： 合閘過電壓 分閘過電壓 并聯(lián)電容器組分閘過電壓主要是指分閘重燃過電壓并聯(lián)電容器組分閘過電壓主要是指分

6、閘重燃過電壓, ,包括單相重燃和多包括單相重燃和多相重燃過相重燃過電壓。重燃過電壓是由于切除電容器組時(shí)因開關(guān)的重燃而引起電壓。重燃過電壓是由于切除電容器組時(shí)因開關(guān)的重燃而引起的的, ,當(dāng)開當(dāng)開關(guān)斷開關(guān)斷開電流熄滅后電流熄滅后, ,電容器組上的殘存電荷在短時(shí)間內(nèi)無法釋放電容器組上的殘存電荷在短時(shí)間內(nèi)無法釋放, ,電容器組上將電容器組上將殘留直流殘留直流電壓電壓, ,假如開關(guān)弧隙絕緣恢復(fù)的速度低于恢復(fù)電假如開關(guān)弧隙絕緣恢復(fù)的速度低于恢復(fù)電壓增長的速度壓增長的速度, ,一旦真空一旦真空開關(guān)開關(guān)的電氣恢復(fù)強(qiáng)度不能承受加于其上的暫態(tài)的電氣恢復(fù)強(qiáng)度不能承受加于其上的暫態(tài)恢復(fù)電壓恢復(fù)電壓, ,將發(fā)生重?fù)舸?/p>

7、發(fā)生重?fù)舸? ,引起引起電磁振蕩電磁振蕩, ,產(chǎn)生重燃過電壓。真空斷路器產(chǎn)生重燃過電壓。真空斷路器投切電容器組產(chǎn)生過電壓投切電容器組產(chǎn)生過電壓, ,所有成因都所有成因都?xì)w結(jié)為歸結(jié)為電流過零后一段時(shí)間內(nèi)電流過零后一段時(shí)間內(nèi)( (幾幾msms至至幾幾s),s),弧隙動(dòng)態(tài)介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度低于恢復(fù)弧隙動(dòng)態(tài)介質(zhì)恢復(fù)強(qiáng)度低于恢復(fù)電壓而電壓而導(dǎo)致電流重現(xiàn)。導(dǎo)致電流重現(xiàn)。 電容器在開斷過程中,若開關(guān)不發(fā)生重燃,電容器組為自然開斷,即電容器組正常分閘。圖1所示是并聯(lián)電容器組的簡化電路圖,中性點(diǎn)對地電容遠(yuǎn)小于補(bǔ)償電容。假設(shè)斷路器動(dòng)作后,在t=0ms時(shí),A相電流先過零,熄弧,此時(shí)A相電源恰為最大值,即相電壓峰值Um(以

8、下未作特別說明的電壓倍數(shù)均以相電壓峰值為單位)。由于A相電容器的電荷無法釋放,故A相電容上有直流電壓1.O,B、C相電容上有直流電壓0.5 。ACBcba110.50.50.50.5t=0ms,A相電流過零時(shí)斷開0.5o+ 過四分值之一工頻周期后,B、C相間電壓最大,電流過零,兩相同時(shí)熄弧,此時(shí)A相電容上保持1不變,B、C兩相電容則相應(yīng)加上原直流分量0.5,分別為0.37和-1.37,中性點(diǎn)電位為0.5。所以,正常分閘情況下,電容器極間只耐受1.37的過電壓作用,對地僅耐受0.5電壓,不會(huì)對電容器絕緣構(gòu)成威脅。 iBC=0 Uan=Um， Ubn=0.37Um , Ucn=-1.37Um ,U

9、nm=0.5Um, B、C相同時(shí)熄弧t=5ms,B、C相間電壓最大時(shí)兩相斷開ABC00.870.8710.371.370.5+ 分閘單相重燃 斷路器各項(xiàng)觸頭恢復(fù)電壓最大：斷路器各項(xiàng)觸頭恢復(fù)電壓最大： A:10msA:10ms 2.5U2.5Um m B:16.7msB:16.7ms 1.87U1.87Um m C:13.3msC:13.3ms -1.87U-1.87Um m 斷路器三相分閘后, t=10ms時(shí),A相斷路器斷口上的恢復(fù)電壓將達(dá)2.5,B相和C相的斷口電壓分別為0.37和-1.37。如此時(shí)A相發(fā)生重燃,由于回路中有串聯(lián)電抗等電感元件存在,A相電源經(jīng)A相電容器和中性點(diǎn)電容接通,形成自

10、由振蕩。忽略損耗,A相對地電壓將達(dá)2(-)l-(1+0.5)=3.5,由于A相電容遠(yuǎn)小于中性點(diǎn)雜散電容,過電壓主要加在中性點(diǎn)電容上,A相電容上的電容基本未變,所以中性點(diǎn)電位達(dá)到(-3.5-1)=-4.5,其他相的對地電位也將升高,C相對地電位為(-1.37)+(-4.5)=-5.87,B相對地電位為0.37+(-4.5)=4.13。t=0.01ms,A相開關(guān)斷口電壓最大10.50.510.371.370.5t=0.01ms,A相重燃10.50.510.371.37-4.5 由于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)允許單相接地運(yùn)行2小時(shí),因此在電源側(cè)單相接地故障情況下也可能開斷電容器組,可用類似的分析方法求得相對地

11、過電壓最高達(dá)到-8.5,中性點(diǎn)電位達(dá)到-6.83比無故障情況下的單相重燃過電壓更嚴(yán)重。 分閘兩相重燃 斷路器分閘兩相重燃分為兩相非同時(shí)重燃和兩相同時(shí)重燃兩種情況。由于單相重燃時(shí)回路的振蕩頻率很高,中性點(diǎn)電壓在很短的時(shí)間內(nèi)上升,使其他兩相的斷路器斷口間恢復(fù)電壓迅速上升,導(dǎo)致另一相隨后重燃,這種情況是兩 相 非 同 時(shí) 重 燃 。 由 前 分 析 可 知 , A 相 重 燃 后 C 相 恢 復(fù) 電 壓 可 達(dá)(1.0+5.87)=6.87,假設(shè)C相在斷口恢復(fù)電壓最大時(shí)重燃,一方面主要時(shí)A、C相電源通過串聯(lián)電抗對C充電,使A、C相電容上的電壓增大,另一方面A、C相電源通過串聯(lián)電感和C對中性點(diǎn)電容充電

12、,使中性點(diǎn)上的電壓出現(xiàn)振蕩。用類似的方法分析可得,A相電容上的電壓為-2.87,C相電容上的電壓為2.5,中性點(diǎn)電位和相對地電壓最大值基本等同于C相重燃前的狀態(tài); 除了由單相重燃引起的兩相非同時(shí)重燃情況外除了由單相重燃引起的兩相非同時(shí)重燃情況外, ,實(shí)際運(yùn)行中也可能實(shí)際運(yùn)行中也可能發(fā)生發(fā)生A A、C C兩相同時(shí)重燃兩相同時(shí)重燃, ,假設(shè)兩相重燃在假設(shè)兩相重燃在A A、C C相相間電壓最大時(shí)發(fā)相相間電壓最大時(shí)發(fā)生生, ,此時(shí)此時(shí)A A、C C相的電容器極間過電壓接近最嚴(yán)重情況相的電容器極間過電壓接近最嚴(yán)重情況, ,用類似的方用類似的方法分析可得法分析可得A A相電容器極間電壓達(dá)到相電容器極間電壓

13、達(dá)到3.3.1 1,C,C相電容極間電壓為相電容極間電壓為2.73,2.73,考慮串聯(lián)電抗器的影響考慮串聯(lián)電抗器的影響, ,用運(yùn)算法可得電容器最大極間電壓為用運(yùn)算法可得電容器最大極間電壓為3.1(1+k),k3.1(1+k),k為串聯(lián)電抗率。顯然為串聯(lián)電抗率。顯然, ,兩種兩相重燃情況的電容器兩種兩相重燃情況的電容器極間極間過電壓均超過了電容器極間操作沖擊耐壓水平。過電壓均超過了電容器極間操作沖擊耐壓水平。 合閘過電壓并聯(lián)電容器組的操作過電壓主要是指分閘重燃過并聯(lián)電容器組的操作過電壓主要是指分閘重燃過電壓電壓,合閘時(shí)一般不會(huì)合閘時(shí)一般不會(huì)產(chǎn)生威脅產(chǎn)生威脅電容器絕緣的過電電容器絕緣的過電壓。按照

14、開關(guān)三相合閘的不同情況劃分壓。按照開關(guān)三相合閘的不同情況劃分,合閘過電合閘過電壓壓主要有主要有:三相同時(shí)合閘過電壓、非同期合閘過電三相同時(shí)合閘過電壓、非同期合閘過電壓、合閘時(shí)觸頭彈跳過電壓等壓、合閘時(shí)觸頭彈跳過電壓等,其中由其中由合閘彈跳引合閘彈跳引起的過電壓最主要。起的過電壓最主要。 (1)(1)正常合閘正常合閘 電容器合閘時(shí)電容器合閘時(shí), ,電容器兩端的電壓由兩部分組成電容器兩端的電壓由兩部分組成, ,即工頻部分和高頻部分即工頻部分和高頻部分, ,工頻部分就是電容器兩端的穩(wěn)態(tài)電壓工頻部分就是電容器兩端的穩(wěn)態(tài)電壓, ,高頻部分為暫態(tài)電壓高頻部分為暫態(tài)電壓, ,產(chǎn)生極間過產(chǎn)生極間過電壓主要因?yàn)?/p>

15、存在高頻暫態(tài)電壓電壓主要因?yàn)榇嬖诟哳l暫態(tài)電壓, ,而暫態(tài)電壓與合閘瞬間電源電壓的初而暫態(tài)電壓與合閘瞬間電源電壓的初相角以及電容器上的殘壓有關(guān)。未充電的電容器合閘時(shí)相角以及電容器上的殘壓有關(guān)。未充電的電容器合閘時(shí), ,極間過電壓的極間過電壓的最大值不會(huì)超過其額定電壓峰值的最大值不會(huì)超過其額定電壓峰值的2 2。如果電容器處于充電狀態(tài)。如果電容器處于充電狀態(tài), ,而充電而充電電壓和系統(tǒng)電壓大小相等電壓和系統(tǒng)電壓大小相等, ,極性相反時(shí)極性相反時(shí), ,合閘時(shí)的極間過電壓可能達(dá)到合閘時(shí)的極間過電壓可能達(dá)到3 3。 (2)(2)非同期合閘非同期合閘 斷路器非同期合閘時(shí)斷路器非同期合閘時(shí), ,可能出現(xiàn)其中一

16、相先合閘使電容器充電可能出現(xiàn)其中一相先合閘使電容器充電, ,而而其它兩其它兩相接通相接通時(shí)時(shí), ,可能會(huì)遇到大小相近可能會(huì)遇到大小相近, ,極性相反的工況極性相反的工況, ,發(fā)生非同發(fā)生非同期合閘過電壓。期合閘過電壓。05001000150020002500300035004000t/s05001000150020002500300035004000|Us|/V0 k100 k500 k0 k100 k500 k05001000150020002500300035004000t/s05001000150020002500300035004000 |Us|/kV (3)(3)合閘彈跳合閘彈跳 由

17、于真空開關(guān)的觸頭是平面接觸由于真空開關(guān)的觸頭是平面接觸, ,在合閘時(shí)難以完全避免彈跳現(xiàn)象在合閘時(shí)難以完全避免彈跳現(xiàn)象, ,這樣這樣就將出現(xiàn)電弧斷開又接通的重復(fù)過程就將出現(xiàn)電弧斷開又接通的重復(fù)過程, ,與電容器充電狀態(tài)下的重新合閘與電容器充電狀態(tài)下的重新合閘的狀態(tài)相近似的狀態(tài)相近似, ,當(dāng)觸頭接通瞬間發(fā)生彈跳當(dāng)觸頭接通瞬間發(fā)生彈跳, ,其電流高頻過零時(shí)其電流高頻過零時(shí), ,發(fā)生熄弧發(fā)生熄弧, ,此時(shí)在電容器上已充有電荷此時(shí)在電容器上已充有電荷, ,當(dāng)觸頭再次接通時(shí)當(dāng)觸頭再次接通時(shí), ,有如斷路器發(fā)生分閘重有如斷路器發(fā)生分閘重燃一樣燃一樣, ,產(chǎn)生較高的合閘過電壓產(chǎn)生較高的合閘過電壓, ,同時(shí)電容器極間也會(huì)產(chǎn)生較大的過電壓。同時(shí)電容器極間也會(huì)產(chǎn)生較大的過電壓。一般來說一般來說, ,合閘彈跳過電壓比重?fù)舸┻^電壓要低。但因電容器組需進(jìn)行合閘彈跳過電壓比重?fù)舸┻^電壓要低。但因電容器組需進(jìn)行經(jīng)常操作經(jīng)常操作, ,在這樣的過電壓多次沖擊下在這樣的過電壓多次沖擊下, ,電容器的絕緣劣化速度將加快。電容器的絕緣劣化速度將加快。0500100015002000250030003500t/s05001000150020002500300035004000|Us|/